為了給最疼愛的小老弟菜鳥（克裏斯多夫·奈茨 Christopher Knights 配音）慶生，老大（湯姆·麥格拉思 Tom McGrath 配音）帶領菜鳥以及好搭檔科斯基（克裏斯·米勒 Chris Miller 配音）、瑞哥闖入了防守最嚴密的美國黃金儲備中心，只為找到金庫盡頭僅有的那臺銷售炸薯條的自動販賣機。誰知他們剛剛完成任務沒多久，便被長著觸角的販賣機吞了進去，隨後被運到一個神秘的所在。在全封閉的設施內，四只企鵝見到了偽裝成基因遺傳科學家的章魚戴夫（約翰·馬爾科維奇 John Malkovich 配音）。原來戴夫曾是動物園一只明星章魚，但隨著萌態十足的企鵝們的到來，他便跌入了絕望的深谷。因此戴夫潛心研制了可怕的血清，發誓要向所有他曾待過的動物園中的企鵝展開報復。
老大和夥伴們在逃亡途中得到北風特工隊的救助，而他們和這些高傲的特工隊員將分別阻止戴夫的陰謀……